(57)【要約】  【課題】マークの描画誤差を吸収し高精度に重ね合わせ計測を行なう計測方法を提供する。  【解決手段】スペースを挟んで所定計測方向に複数のライン状パターンが形成された計測用パターン２１０で基板上の１層目上を露光して、１層目上に第１パターン２１３を形成し、所定計測方向において第１パターン２１３に対して入れ子状になるように位置決めされた計測用パターン２１０で、基板上の１層目上に積層された２層目上を露光して、２層目上に第２パターン２１６を形成し、積層方向から第１パターン２１３及び第２パターン２１６を同時に光電検出して、第１パターン２１３と第２パターン２１６との間の計測方向における重ね合わせ誤差を計測する。形状が同じであればその描画誤差やマーク形状に起因する誤差要因は同じから似たものとなる。重ね合わせ計測の場合は２つのパターンの位置の差分を検出するため、両パターンに同じ誤差がのっている場合は相殺される。  【選択図】  図７
2006245030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に積層された層の、互いに異なる層上にそれぞれ形成された第１パターンと第２パターンとの間の、所定計測方向における重ね合わせ誤差を計測する計測方法であって、
スペース部分を挟んで前記所定計測方向に複数のライン状パターンが形成された計測用パターンで前記基板上の第１層上を露光して、該第１層上に前記第１パターンを形成する第１工程と、
前記所定計測方向において前記第１パターンに対して入れ子状になるように位置決めされた前記計測用パターンで、前記基板上の前記第１層上、又は該第１層上に積層された第２層上を露光して、該第１層上、又は該第２層上に前記第２パターンを形成する第２工程と、
前記積層方向から前記第１パターン及び前記第２パターンを同時に光電検出して、前記第１パターンと前記第２パターンとの間の前記計測方向における重ね合わせ誤差を計測する第３工程と、
を有することを特徴とする計測方法。
【請求項２】
前記第１工程で使用する計測用パターンと、前記第２工程で使用する計測用パターンとは同一のマスク上に形成されている同一のマスクパターンであることを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
前記計測用パターンは、２次元平面内の互いに直交する２方向にそれぞれ沿って複数のライン状パターンがスペース部分を挟んで形成されたパターンであり、
前記第２工程では、前記２方向に交差する方向に前記計測用パターンを前記第１パターンに対して移動させることにより、前記２方向それぞれに沿って露光された前記第１パターンに対して入れ子状になるように位置決めした上で前記第２パターンを前記第１層上、又は第２層上に形成し、
前記第３工程では、前記２方向それぞれにおける前記重ね合わせ誤差を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載の計測方法。
【請求項４】
前記第３工程において前記所定計測方向の重ね合わせ誤差を計測する際には、前記光電検出を行なう光電素子上において、前記所定計測方向と直交する非計測方向における計測範囲を制限して光電検出処理を行なうことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の計測方法。
【請求項５】
前記計測用パターンは、前記所定計測方向において式（１）に示すような線幅及びピッチを有する前記ライン状パターンを有するパターンであることを特徴とする請求項４に記載の計測方法。
Ｐ≧（ｗ／２＋α）×２×Ｎ    …（１）
但し、ｗは、前記計測用パターンの前記ライン状パターンの線幅、
Ｐは、前記計測用パターンの前記ライン状パターンのピッチ、
Ｎは、積層する層の数、
αは、計測に用いるセンサの分解能に基づく所定の値、
である。
【請求項６】
基板上に積層された層の、互いに異なる層上にそれぞれ形成された第１パターンと第２パターンとの間の、所定計測方向における重ね合わせ誤差を計測するために使用される計測用パターンを備えた物体であって、
前記計測用パターンは、スペース部分を挟んで前記所定計測方向に複数のライン状パターンを含み、
前記ライン状パターンは、前記所定計測方向において式（１）に示すような線幅及びピッチに規定されることを特徴とする計測用パターンを備えた物体。
Ｐ≧（ｗ／２＋α）×２×Ｎ    …（１）
但し、ｗは、前記計測用パターンの前記ライン状パターンの線幅、
Ｐは、前記計測用パターンの前記ライン状パターンのピッチ、
Ｎは、積層する層の数、
αは、計測に用いるセンサの分解能に基づく所定の値、
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体素子等の電子デバイスを製造する際のフォトリソグラフィ工程において行なう重ね合わせ計測に関し、重ね合わせ計測用パターン（マーク）のマスクへの描画誤差をキャンセルし高精度に重ね合わせ計測を行なうことのできる計測方法、及び、そのような計測対象のマークが形成された例えば基板等の物体に関する
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子あるいは薄膜磁気ヘッド等の電子デバイス（以下、電子デバイスと総称する）を製造する際のリソグラフィ工程においては、露光装置を用いてフォトマスクやレチクル（以下、レチクルと総称する）に形成された微細なパターンの像をフォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体ウエハやガラスプレート等の基板（以下、ウエハと総称する）上に投影露光し、露光を行なった基板に対して所定の後処理を施すことにより回路パターンを形成する。そして、そのような回路パターンを基板上に層状に重ねることによって、電子デバイスの素子及び配線等を形成する。
【０００３】
このリソグラフィ工程においては、微細パターンを正確に形成すると同時に、パターンを下地層に精度良く重ね合わせることが重要である。そのため、予め露光装置のパターン重ね合わせ精度を計測しておき、この計測結果に基づいて制御パラメータや各種の補正値の変更や駆動機構の調整等を行なうようにしている場合が多い。また、製造工程の途中において積層された回路パターンの重ね合わせ精度（重ね合わせ誤差）を計測し、重ね合わせ精度が不良のもの、すなわち、重ね合わせずれ（誤差）が一定値以上のものを除去することで良品率の向上を図ることも行なわれている。
【０００４】
重ね合わせ精度を計測するために、従来より、例えばライン＆スペース（Ｌ＆Ｓ）やボックスインボックス等の種々の重ね合わせ計測用パターンが使用されている。しかしながら、近年の素子の微細化に伴って重ね合わせ精度に対する要求がより厳しくなっており、従来の重ね合わせ計測用パターンでは十分に正確な計測を行なうことが難しくなってきている。そこで、重ね合わせ精度をより正確に計測するための計測用パターンの提案がいくつかなされている。
【０００５】
例えば、重ね合わせ計測マークを実際の回路パターンの設計ルール（最小加工寸法）と同じ寸法にすることにより、重ね合わせ精度を正確に計測する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、少なくとも下層の計測用パターンとして幅の異なる複数のラインを有するパターンを用い、各線幅に対して計測装置に起因する誤差を検出することにより、最終的に計測装置に起因する誤差と計測対象に起因する誤差の相互作用による誤差を低減し、より高精度に重ね合わせ計測を行なう方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−５０５８３号公報
【特許文献２】特許第３２４８５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、そのような従来の重ね合わせ計測方法において、基板上の各層に形成される計測用パターンは、各層ごとに異なる形状の計測用マーク（計測用パターン）が用いられている。しかし、レチクル上に形成されたマークは、そのマーク自身がレチクル上である程度の描画誤差を持っており、異なる形状のマークにおいては、それぞれが異なる描画誤差を持っている。そのため、このようなマークを用いて重ね合わせ計測を行なった場合には、各マークごとの描画誤差のために、計測精度に限界があり、高精度な重ね合わせ計測を行なうことが難しいという問題がある。また各マーク毎に異なるレチクルを使用して重ね合わせ計測を行うことは描画誤差の観点から、高精度な重ね合わせ計測を更に困難にする。
また、重ね合わせ計測を行なう場合に、重ね合わせ計測装置や露光装置のアライメント系等の計測装置の光学系の持つ誤差要因（光学系のディストーション等）も観察（計測）するマークの形状によって変わる。そのため、各マーク間で異なる誤差が生じることとなり、この点でも重ね合わせ計測に誤差が生じるという問題があった。
【０００７】
また、従来の重ね合わせ計測においては、２つのマークを隣接あるいは近接させて基板上に形成することにより行なうものがあるが、近接あるいは隣接してマークを形成した場合、これらを観察するためには観察視野を１つのマークを観察する場合と比べて大幅に拡大する必要がある。しかし、例えば露光装置に組み込まれたアライメント計測系（例えばＦＩＡ系）で重ね合わせ計測やディストーション計測を行なう場合には、解像度を落とさずに観察視野を大幅に拡大することは実質的に不可能であり、適切な計測が行なえなかった。また、観察視野を拡大せずに隣接する２つのマークを観察しようとすると、例えばライン＆スペースのパターンの場合には、観察できる各マークのラインの数が減ることとなり、結果的に計測精度の低下を招く可能性があった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、計測用マークの描画誤差を吸収し、また、観察視野を拡張することなく２つのマークを適切に観察することができ、もって、高精度に重ね合わせ計測を行なうことができる計測方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、描画誤差を吸収し、また、観察視野を拡張することなく重ね合わせて形成されたマークを観察することができ、もって、高精度に重ね合わせ計測を行なうことができる計測用パターンを備えた物体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明に係る計測方法は、基板上に積層された層の、互いに異なる層上にそれぞれ形成された第１パターンと第２パターンとの間の、所定計測方向における重ね合わせ誤差を計測する計測方法であって、スペース部分を挟んで前記所定計測方向に複数のライン状パターンが形成された計測用パターンで前記基板上の第１層上を露光して、該第１層上に前記第１パターンを形成する第１工程と、前記所定計測方向において前記第１パターンに対して入れ子状になるように位置決めされた前記計測用パターンで、前記基板上の前記第１層上、又は前記第１層上に積層された第２層上を露光して、該第１層上、又は該第２層上に前記第２パターンを形成する第２工程と、前記積層方向から前記第１パターン及び前記第２パターンを同時に光電検出して、前記第１パターンと前記第２パターンとの間の前記計測方向における重ね合わせ誤差を計測する第３工程とを有する（請求項１）。
【００１０】
このような計測方法においては、第１工程において所定の計測用パターンで基板上の第１層を露光して第１層に第１パターンを形成し、第２工程において第１工程と同じ計測用パターンで基板上の該第１層（レジストウエハを使う場合、つまり潜像を使う場合）、又は第２層を露光して該第１層、又は第２層に第２パターンを形成し、第３工程において第１パターンと第２パターンの位置の差に基づいて重ね合わせ誤差を計測している。ここで言う同じ計測用パターンとは、少なくともそのデザイン（形状）が同じパターンであれば足りる。そのような同じ形状の計測用パターンであれば、例えば異なるマスクにその計測用パターンを各々描画したとしても、その描画誤差は、異なる形状のパターンを描画した場合と比べて似通った誤差となる。また形状が同じなので、計測装置の光学系を通過させた場合の誤差も同様の誤差となる。すなわち、形状が同じパターンであれば、描画誤差や光学系の誤差要因の中の少なくともパターン形状に依存する成分は等しい誤差となる。重ね合わせ誤差は、第１パターンと第２パターンとの差分で表されるので、それらのパターンに同じ誤差がのっている場合には、その誤差は相殺されてキャンセルされる。従って、このような計測方法を用いることにより、描画誤差や計測用パターンをマスクに描画する際の描画誤差はキャンセルされることとなり、従来に比べて高精度に重ね合わせ誤差を検出することができる。
【００１１】
また、前述したような計測方法においては、計測用パターンとして、スペース部分を挟んで所定計測方向に複数のライン状パターンが形成された計測用パターンを用い、第２工程において計測用パターンを露光する際には、先に形成された第１層上の計測用パターンである第１パターンのライン状パターンとライン状パターンとが入れ子状になるように位置決めをして露光を行なう。すなわち、第１パターンと第２パターンとは、計測用パターンを、複数のライン状パターンのピッチの半分だけずらして重ね露光することになる。従って、計測用パターンを重ね露光したとしても観察視野を大幅に拡張する必要はない。また、観察視野を大幅に拡張しなくとも、観察されるライン状パターンの本数が減ることがなく、その結果、計測精度が低下することもない。
【００１２】
なお、同じ計測用パターンとは、前述したような形状が同じであることに加えて、形成時の条件等他の条件が同じであればなお好適である。さらには、例えば露光装置におけるディストーション計測を行なうような場合には、第１工程で使用する計測用パターンと第２工程で使用する計測用パターンとは同一のマスク上に形成されている同一のマスクパターンであることが好ましい（請求項２）。同一のマスクを用いれば、形成された重ね合わせ対象の２つの計測用パターンへのマークの描画誤差に起因する誤差はほぼ完全に同一となり、それらは相殺されることとなり、重ね合わせ計測結果が描画誤差の影響を受けることがなくなる。
【００１３】
また好適には、前記計測用パターンは、２次元平面内の互いに直交する２方向にそれぞれ沿って複数のライン状パターンがスペース部分を挟んで形成されたパターンであり、前記第２工程では、前記２方向に交差する方向に前記計測用パターンを前記第１パターンに対して移動させることにより、前記２方向それぞれに沿って露光された前記第１パターンに対して入れ子状になるように位置決めした上で前記第２パターンを前記第１層上又は前記第２層上に形成し、前記第３工程では、前記２方向それぞれにおける前記重ね合わせ誤差を計測する（請求項３）。
重ね合わせ計測の方向がＸＹ２方向になった場合においても、第２工程において計測用パターンをずらす量はわずか（ＸＹ２方向において各々ライン状パターンのピッチの半分）であり、観察視野を拡張することなくＸＹ２方向において重ね合わせ計測を行なうことができる。また、その場合、ＸＹ各方向において、観察されるライン状パターンの本数が減ることもなく、計測精度が低下することもない。
【００１４】
また好適には、前記第３工程において前記所定計測方向の重ね合わせ誤差を計測する際には、前記光電検出を行なう光電素子上において、前記所定計測方向と直交する非計測方向における計測範囲を制限して光電検出処理を行なう。
【００１５】
また好適には、前記計測用パターンは、前記所定計測方向において式（１）に示すような線幅及びピッチを有する前記ライン状パターンを有するパターンであることを特徴とする請求項４に記載の計測方法。
Ｐ≧（ｗ／２＋α）×２×Ｎ    …（１）
但し、ｗは、前記計測用パターンの前記ライン状パターンの線幅、
Ｐは、前記計測用パターンの前記ライン状パターンのピッチ、
Ｎは、積層する層の数、
αは、計測に用いるセンサの分解能に基づく所定の値、
である。
【００１６】
また、本発明に係る計測用パターンを備えた物体は、基板上に積層された層の、互いに異なる層上にそれぞれ形成された第１パターンと第２パターンとの間の、所定計測方向における重ね合わせ誤差を計測するために使用される計測用パターンを備えた物体であって、前記計測用パターンは、スペース部分を挟んで前記所定計測方向に複数のライン状パターンを含み、前記ライン状パターンは、前記所定計測方向において次式（１）に示すような線幅及びピッチに規定されることを特徴とする計測用パターンを備えた物体である。
Ｐ≧（ｗ／２＋α）×２×Ｎ    …（１）
但し、ｗは、前記計測用パターンの前記ライン状パターンの線幅、
Ｐは、前記計測用パターンの前記ライン状パターンのピッチ、
Ｎは、積層する層の数、
αは、計測に用いるセンサの分解能に基づく所定の値、
である。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、計測用マークの描画誤差を吸収し、また、観察視野を拡張することなく２つのマークを適切に観察することができ、もって、高精度に重ね合わせ計測を行なうことができる計測方法を提供することができる。
また、描画誤差を吸収し、また、観察視野を拡張することなく重ね合わせて形成されたマークを観察することができ、もって、高精度に重ね合わせ計測を行なうことができる計測用パターンを備えた物体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態について、図１〜図２０を参照して説明する。
まず、本発明に係る重ね合わせ計測方法を適用して好適なＦＩＡ系及びＬＳＡ系を有するとともに、本発明に係る重ね合わせ計測方法において重ね合わせ計測対象となるパターンを基板上に重ね合わせて多層に形成する露光装置、換言すれば重ね合わせ精度の計測対象となる露光装置について、その概略構成を図１〜図４を参照して説明する。
【００１９】
図１は、露光装置１００の構成を概略的に示す図である。
なお、以下の説明においては、図１中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係等について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定される。実空間に対しては、ＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
【００２０】
露光装置１００においては、図１に示すように、図示しない照明光学系から出射された露光光ＥＬが、コンデンサレンズ１を介してレチクルＲに形成されたパターン領域ＰＡに均一な照度分布で照射される。露光光ＥＬとしては、例えばｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）、又は、ＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）又はＦ２レーザ光（１５７ｎｍ）等が用いられる。
【００２１】
レチクルＲはレチクルステージ２上に保持され、レチクルステージ２はベース３上の２次元平面内において移動及び微小回転ができるように支持される。主制御系１５が、駆動装置４を介してレチクルステージ２の動作を制御する。レチクルＲは、その周辺に形成された図示しないレチクルアライメントマークがミラー５、対物レンズ６、マーク検出系７からなるレチクルアライメント系で検出されることによって、投影レンズＰＬの光軸ＡＸに対して位置決めされる。
【００２２】
レチクルＲのパターン領域ＰＡを透過した露光光ＥＬは、例えば両側（片側でも良い。）テレセントリックな投影レンズＰＬに入射され、ウエハ（基板）Ｗ上の各ショット領域に投影される。投影レンズＰＬは、露光光ＥＬの波長に関して最良に収差補正されており、その波長のもとでレチクルＲとウエハＷとは互いに共役になっている。また、照明光ＥＬは、ケーラー照明であり、投影レンズＰＬの瞳ＥＰ内の中心に光源像として結像される。
【００２３】
ウエハＷは、ウエハホルダー８を介してウエハステージ９上に載置される。ウエハホルダー８上には、ベースライン計測等で使用する基準マーク１０が設けられている。ウエハステージ９は、ウエハＷをＸＹ面内で２次元的に位置決めするＸＹステージ、Ｚ方向にウエハＷを位置決めするＺステージ、ウエハＷを微小回転させるステージ、及び、Ｚ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するウエハＷの傾きを調整するステージ等を有する。
【００２４】
ウエハステージ９の上面の一端にはＸ方向とＹ方向とにそれぞれ延在する移動鏡１１Ｘ，１１Ｙ（１１Ｙは不図示）が取り付けられ、移動鏡の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計１２Ｘ，１２Ｙ（１２Ｙは不図示）が配置される。
レーザ干渉計１２Ｘは、Ｘ軸に沿って移動鏡１１Ｘにレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計を含み、レーザー干渉計１２ＹはＹ軸に沿って移動鏡１１Ｙにレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、ウエハステージ９のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウエハステージ９のＸＹ平面内における回転角が計測される。
【００２５】
レーザ干渉計１２（１２Ｘ，１２Ｙ）により計測されたＸ座標、Ｙ座標及び回転角を示す位置計測信号ＰＤＳは、ステージコントローラ１３及び主制御系１５に供給され、主制御系１５及び駆動系１４を介したウエハステージ９の位置を制御に供される。また、位置計測情報ＰＤＳは、後述するＬＳＡ演算ユニット２５へ出力される。
【００２６】
露光装置１００は、ＴＴＬ方式のレーザステップアライメント（ＬＳＡ）系を有する。
ＬＳＡ系において、レーザ光源１６は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等の光源であり、赤色光（例えば波長６３２.８ｎｍ）であってウエハＷ上に塗布されたフォトレジストに対して非感光性のレーザビームＬＢを出射する。このレーザビームＬＢは、シリンドリカルレンズ等を含むビーム整形光学系１７を透過し、ミラー１８、レンズ系１９、ミラー２０、ビームスプリッタ２１を介して対物レンズ２２に入射する。対物レンズ２２を透過したレーザビームＬＢは、レチクルＲの下方であってＸＹ平面に対して斜め方向に設けられたミラー２３で反射され、投影レンズＰＬの視野の周辺に光軸ＡＸと平行に入射され、投影レンズＰＬの瞳ＥＰの中心を通ってウエハＷを垂直に照射する。
【００２７】
レーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１７の働きで対物レンズ２２と投影レンズＰＬとの間の光路中の空間にスリット状のスポット光ＳＰ０となって集光している。
投影レンズＰＬは、このスポット光ＳＰ０をウエハＷ上にスポットＳＰとして再結像する。
ミラー２３は、レチクルＲのパターン領域ＰＡの周辺よりも外側で、かつ投影レンズＰＬの視野内にあるように固定される。従って、ウエハＷ上に形成されるスリット状のスポット光ＳＰは、パターン領域ＰＡの投影像の外側に位置する。
【００２８】
このスポット光ＳＰによってウエハＷ上のマークを検出するには、ウエハステージ９をＸＹ平面内においてスポット光ＳＰに対して水平移動させる。スポット光ＳＰがマークを相対走査すると、マークからは正反射光、散乱光、回折光等が生じ、マークとスポット光ＳＰの相対位置により光量が変化して行く。こうした光情報は、レーザビームＬＢの送光路に沿って逆進し、投影レンズＰＬ、ミラー２３、対物レンズ２２及びビームスプリッタ２１を介して、受光素子２４に達する。受光素子２４の受光面は投影レンズＰＬの瞳ＥＰとほぼ共役な瞳像面ＥＰ′に配置され、マークからの正反射光に対して不感領域を持ち、散乱光や回折光のみを受光する。
【００２９】
図２は、瞳ＥＰ（又は瞳像面ＥＰ′）上におけるウエハＷ上のマークからの光情報の分布を示す図である。瞳ＥＰの中心にＸ軸方向にスリット状に伸びた正反射光Ｄ０の上下（Ｙ軸方向）には、それぞれ正の１次回折光＋Ｄ１、２次回折光＋Ｄ２と、負の１次回折光−Ｄ１、２次回折光−Ｄ２が並び、正反射光Ｄ０の左右（Ｘ軸方向）にはマークエッジからの散乱光±Ｄｒが位置する。これは例えば特開昭６１−１２８１０６号公報に詳しく述べられているので詳しい説明は省略するが、回折光±Ｄ１、±Ｄ２はマークが回折格子マークの時にのみ生じる。
【００３０】
図２に示した分布を有するマークからの光情報を受光するために、受光素子２４は、図３に示すように、瞳像面ＥＰ′内で４つの独立した受光面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄに４分割され、受光面２４ａ，２４ｂが散乱光±Ｄｒを受光し、受光面２４ｃ，２４ｄが回折光±Ｄ１、±Ｄ２を受光するように配列される。
図３は受光素子２４の受光面を示す図である。なお、投影レンズＰＬのウエハＷ側の開口数（Ｎ．Ａ．）が大きく、回折格子マークから発生する３次回折光も瞳ＥＰを通過する場合には、受光面２４ｃ，２４ｄはその３次回折光も受光するような大きさにすると良い。
【００３１】
受光素子２４からの各光電信号はレーザ干渉計１２から出力される位置計測信号ＰＤＳとともに、ＬＳＡ演算ユニット２５に入力され、マーク位置の情報ＡＰ１が作られる。ＬＳＡ演算ユニット２５は、スポット光ＳＰに対してウエハマークを走査した時の受光素子２４からの光電信号波形を位置計測信号ＰＤＳに基づいてサンプリングして記憶し、その波形を解析することによってマークの中心がスポット光ＳＰの中心と一致した時のウエハステージ９の座標位置として、マーク位置の情報ＡＰ１を出力する。
【００３２】
なお、図１に示した露光装置においては、ＬＳＡ系は１組しか示していないが、紙面と直交する方向（Ｙ軸方向）にもう１組が設けられ、同様のスポット光が投影像面内に形成される。これら２つのスポット光の長手方向の延長線は光軸ＡＸに向かっている。
また、図１中のＴＴＬ方式のアライメント光学系の光路中に示した実線は、ウエハＷとの結像関係を表し、破線は瞳ＥＰとの共役関係を表す。
このようなＬＳＡ系において、後述する図９に例示するようなＬＳＡ系に適した重ね合わせ計測用のパターンを使用して本発明に係る方法により重ね合わせ計測を行なうことができる。
【００３３】
また、露光装置１００は、オフ・アクシス方式のアライメント光学系（以下、アライメントセンサと称する）を投影光学系ＰＬの側方に備える。このアライメントセンサは、基板表面のアライメントマーク付近を撮像した信号（ｎ次元信号）を信号処理（画像処理を含む）して、マークの位置情報を検出するＦＩＡ（Field Image Alignment）方式のアライメントセンサ（ＦＩＡ系）である。
このＦＩＡ系においては、露光工程においてサーチアライメント計測やファインアライメント計測を行なうとともに、必要に応じて後述する本発明に係る計測方法による重ね合わせ計測を行なう。また、必要に応じて後述する本発明に係る方法により重ね露光して形成された図１７に示すようなアライメントマークを用いたアライメント処理を行なう。
【００３４】
なお、ＦＩＡ系においては、サーチアライメント計測の際には、例えば、エッジ計測手法や折り返し自己相関法を用いたり、あるいは予め設定したテンプレートを用いてそのテンプレートに対応するパターンを検出するテンプレートマッチング手法を用いる。また、ファインアライメント計測の際には、例えば、マークのエッジを抽出してその位置を検出するエッジ計測手法を用いる。
サーチアライメント計測時の観察倍率とファインアライメント計測時の観察倍率とは、互いに等しい観察倍率としても良いし、あるいは、ファインアライメント時の倍率をサーチアライメント時の倍率よりも高倍に設定するようにしても良い。
【００３５】
ＦＩＡ系は、ウエハＷを照明するための照射光を出射するハロゲンランプ２６、ハロゲンランプ２６から出射された照明光を光ファイバー２８の一端に集光するコンデンサレンズ２７、及び、照明光を導光する光ファイバー２８を有する。
照明光の光源としてハロゲンランプ２６を用いるのは、ハロゲンランプ２６から出射される照明光の波長域は５００〜８００ｎｍであり、ウエハＷ上面に塗布されたフォトレジストを感光しない波長域であるため、及び、波長帯域が広く、ウエハＷ表面における反射率の波長特性の影響を軽減することができるためである。
【００３６】
光ファイバー２８から出射された照明光は、ウエハＷ上に塗布されたフォトレジストの感光波長（短波長）域と赤外波長域とをカットするフィルタ２９を通過して、レンズ系３０を介してハーフミラー３１に達する。ハーフミラー３１によって反射された照明光は、ミラー３２によってＸ軸方向とほぼ平行に反射された後、対物レンズ３３に入射し、さらに投影レンズＰＬの鏡筒下部の周辺に投影レンズＰＬの視野を遮光しないように固定されたプリズム（ミラー）３４で反射されてウエハＷを垂直に照射する。
【００３７】
なお、図示を省略しているが、光ファイバー２８の出射端から対物レンズ３３までの光路中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ３３に関してウエハＷと共役な位置に設けられる。また、対物レンズ３３はテレセントリック系に設定され、その開口絞り（瞳と同じ）の面３３ａには、光ファイバー２８の出射端の像が形成され、ケーラー照明が行なわれる。対物レンズ３３の光軸は、ウエハＷ上では垂直となるように定められ、マーク検出時に光軸の倒れによるマーク位置のずれが生じないようになっている。
【００３８】
ウエハＷからの反射光は、プリズム３４、対物レンズ３３、ミラー３２、ハーフミラー３１を介して、レンズ系３５によって指標板３６上に結像される。この指標板３６は、対物レンズ３３とレンズ系３５とによってウエハＷと共役に配置され、図４に示すように矩形の透明窓内に、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれに伸びた直線状の指標マーク３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄを有する。図４は、指標板３６の断面図である。従って、ウエハＷのマークの像は、指標板３６の透明窓３６ｅ内に結像され、このウエハＷのマークの像と指標マーク３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとは、リレー系３７，３９及びミラー３８を介してイメージセンサ４０に結像する。
【００３９】
イメージセンサ４０（光電変換手段、光電変換素子）は、その撮像面に入射する像を光電信号（画像信号、画像データ、データ、信号）に変換するものであり、例えば２次元ＣＣＤが用いられる。イメージセンサ４０から出力された信号（ｎ次元信号）は、ＦＩＡ演算ユニット４１に、レーザ干渉計１２からの位置計測信号ＰＤＳとともに入力される。
【００４０】
本実施の形態では、イメージセンサ４０において２次元画像信号を得て、これをＦＩＡ演算ユニット４１に入力し使用する。また、サーチアライメント処理あるいは重ね合わせ計測処理の時に行なう波形計測処理の際には、２次元ＣＣＤで得た信号を非計測方向に積算（投影）して１次元投影信号として、計測方向への計測に使用する。
しかし、イメージセンサ４０で得る信号やその後段の信号処理の際に処理対象とする信号の形式は、このような例に限られるものではない。波形計測処理の際に、２次元画像処理を行なうように構成して２次元信号を計測に用いるようにしても良い。また、３次元画像信号を得て、３次元画像処理を行なうように構成しても良い。さらに言えば、ＣＣＤの信号をｎ次元（ｎは、ｎ≧１の整数）に展開して、例えば、ｎ次元の余弦成分信号、ｎ次元正弦信号、あるいはｎ次周波数信号等を生成し、そのｎ次元信号を用いて位置計測を行なうものに対しても本発明は適用可能である。
なお、本明細書の説明において画像、画像信号、画像情報、パターン信号等と称する時も同様に、２次元の画像のみならず、このようなｎ次元信号（ｎ次元の画像信号や、上述のごとく画像信号から展開された信号等）をも含むものとする。
【００４１】
ＦＩＡ演算ユニット４１は、入力された画像信号からアライメントマークを検出し、そのアライメントマークの指標マーク３６ａ〜３６ｄに対するマーク像のずれを求める。そして、位置計測信号ＰＤＳによって表されるウエハステージ９の停止位置から、ウエハＷに形成されたマークの像が指標マーク３６ａ〜３６ｄの中心に正確に位置した時のウエハステージ９のマーク中心検出位置に関する情報ＡＰ２を出力する。
以上、露光装置１００の全体の概略の構成である。
【００４２】
次に、図５〜図２０を参照して、本発明に係る重ね合わせ計測用マークについて具体例を挙げて説明し、また、そのマークを用いた本発明に係る重ね合わせ計測方法について説明する。
なお、以下に説明する重ね合わせ計測は、特に明示しない限り、露光装置１００のＦＩＡ系において行なうことを前提として説明を行なう。
【００４３】
本発明に係る最も基本的な重ね合わせ計測用マークは、図５に示すようなマーク２１０であって、２本以上（図５においては３本）のライン２１１及びその間のスペース２１２を有するライン＆スペースマークである。
図５に示すマーク２１０は、基板上の１つの層に形成するマークを示しており、重ね合わせ計測を行なう場合には、基板上の互いに異なる２つの層に、各々マーク２１０のパターンを所定の間隔ずらして形成する。
【００４４】
重ね合わせる前の１つのマーク２１０は、スペース部分２１２の幅ｓに比べてライン２１１の幅Ｗが十分に狭い形状のマークである。このマーク２１０を単独で、前述した露光装置１００のＦＩＡ系において観察した場合、計測方向（Ｘ方向）における信号波形は、マーク形状に対して図６に示すような波形となる。
【００４５】
このようなマーク２１０において、ライン２１１のピッチＰは、次式（２）で示されるピッチｐ以上とする。
ｐ＝（Ｗ／２＋α）×４  …（２）
式（２）において、Ｗはライン２１１の幅であり、αはマージンである。
スペース部分２１２の幅ｓは、マーク２１０のパターンを図７に示すように重ねて形成した場合に、隣接するライン２１１の像がお互いに影響しない幅にするのが望ましい。例えば、ハロゲンランプ照明、開口数ＮＡ＝０．３のＦＩＡ系においては、α＝４〔μｍ〕とすれば十分である。この値は、光学系のＮＡによる像の広がりに、マーク間隔が変動した場合の計測精度に影響を与えないためのマージンβ＝０．５〔μｍ〕程度を加味した値である。
【００４６】
従って、例えばライン幅Ｗ＝１〔μｍ〕のマークを使用する場合には、次式（３）より、ラインピッチが１８〔μｍ〕のマークとすれば良い。
Ｐ＝（１／２＋４）×４＝１８  …（３）
【００４７】
このようなマーク２１０を用いて重ね合わせ計測を行なう場合、本発明に係る最も効果的な計測方法は、同じレチクルの同じマーク２１０を用いて、図７に示すように、基板上の２つの層にマーク２１０のパターン２１３及び２１６を形成し、これらのパターン２１３及び２１６のずれを計測する方法である。
すなわち、まずマーク２１０が形成されたレチクルを用いて基板上の１層目（第１層、下層）を露光して、１層目にマーク２１０のパターン２１３を形成する。
【００４８】
次に、その基板上の２層目（第２層、上層）を同じレチクルを用いて露光して、２層目にもマーク２１０のパターン２１６を形成する。その際、上層に形成するパターン２１６は、下層に形成したパターン２１３に対して、マーク２１０のライン２１１のピッチＰの１／２のオフセットを与えて、すなわち、ピッチＰの１／２だけずらして露光を行なう。ずらす方向は、ずれの計測方向（ラインの並び方向、Ｘ方向）である。前述した具体例においては、計測方向（Ｘ方向）に９〔μｍ〕のオフセットを与えることとなる。前述したように、ピッチＰを算出する際のマージンαには、マークの位置関係の変動に対するマージンとしてβが加算されているので、オフセットは厳密に９〔μｍ〕でなくてもよく、９±０．５〔μｍ〕程度の範囲であれば良い。換言すれば、マーク２１０のパターンの形成位置がこの範囲となるように、露光装置の位置制御の精度が調整されていることが必要である。
【００４９】
このような重ね露光の結果、基板上には図７に示すようなパターン２１９が形成される。すなわち、１層目に形成したパターン２１３の３本のライン２１４の間に、２層目に形成したパターン２１６の３本ライン２１７（ハッチングを施したライン）が入れ子状に配置された形状のパターン２１９が形成される。
なお、図７においては、パターンが形成されている層を区別するために（便宜上）、基板上の１層目に形成されたパターン２１３を細い破線で、基板上の２層目に形成されたパターン２１６を太い破線及びハッチングで示す。
【００５０】
このパターン２１９を、前述した露光装置１００のＦＩＡ系において観察した場合、計測方向（Ｘ方向）における信号波形は、パターン形状に対して図８に示すような波形となる。このパターン２１９は、ピッチＰ’がマーク２１０のピッチＰの１／２の９〔μｍ〕で、本数がマーク２１０の２倍の６本のパターンである。
【００５１】
ＦＩＡ系は、図８に示すような信号波形に対して、ラインが１本おきに別の層に形成された異なるパターンに属するラインであることを識別しつつ各ラインの位置Ｘ１１〜Ｘ１３及びＸ２１〜Ｘ２３を計測する。そして、各ラインＸ１１〜Ｘ１３及びＸ２１〜Ｘ２３の位置より２つのパターン２１３及び２１６の位置を各々計測し、その差分を求めることで重ねずれを計測する。各パターン２１３及び２１６の各位置は、例えば各パターン２１３及び２１６に属する各ラインの位置Ｘ１１〜Ｘ１３及びＸ２１〜Ｘ２３の平均値をとることにより算出する。
【００５２】
なお、図７に示すような重ね露光したパターン２１９が形成される領域は、マーク２１０が単独で形成されているとした場合のパターン形成領域と比較して、マーク２１０のライン２１１のピッチＰの１／２だけ計測方向（Ｘ方向）に広い領域となる。前述した具体例においては、９〔μｍ〕だけＸ方向に広がった領域である。従って、露光装置１００のＦＩＡ系においては、この若干のパターン領域の広がりを考慮して観察視野を設定しておけば、マーク２１０のパターンを単独で観察する場合も、重ね露光したパターン２１９を観察する場合も、同一の観察視野で観察をすることができる。その観察視野内で、パターン２１９を構成する１層目のパターン２１３の３本のライン２１４及び２層目のパターン２１６の３本のパターン２１７の計６本のラインを観察することができる。
【００５３】
このような重ね合わせ計測方法によれば、基板上に異なる層に、全く同じレチクルの同じマークを用いて露光を行ない、各層にそのマークのパターンを形成し、そのパターン個々の位置に基づいて各層のパターンの重ね合わせずれを検出している。従って、レチクルに形成されたマークがそもそも有しているそのマークの描画誤差や、マークの形状に依存して発生する光学系の誤差は第１の層及び第２の層で同一となり、２つの層のパターンの位置の差を求めることにより、その誤差は相殺される。その結果、それら描画誤差やマーク形状の影響を受けずに、重ね合わせずれを高精度に計測することができる。
【００５４】
また、本重ね合わせ計測方法で用いる計測用マークは、１層目に形成したそのマークのパターンのライン間に２層目に形成したそのマークのパターンのラインが配置されるような構成のマーク、すなわち１層目のパターンに対して２層目のパターンが入れ子状に配置されるようなマークである。従って、これを観察するために重ね合わせ計測装置の観察視野を大幅に広げる必要はなく、露光装置のアライメント系のような視野が実質的に拡張できないような構成の計測装置であっても、容易かつ適切に重ね合わせ計測を行なうことができる。
また、そのようなマーク（及び重ね合わされたパターン）を使用することにより、視野を広げなくとも観察するラインの数を減らす必要もない。すなわち、１層目及び２層目に各々形成されたパターンの全ラインを観察して計測を行なうことができる。従って、視野を広げなくとも計測精度を高精度に維持することができる。
【００５５】
なお、前述したマーク及び重ね合わせ計測は、露光装置１００のＦＩＡ系において行なうものとしたが、例えば露光装置１００のＬＳＡ系においても同様の主旨で重ね合わせ計測を行なうことができる。ＬＳＡ系において重ね合わせ計測を行なう場合には、図９に示すような、ドット列２２１からなる周期パターンを有するドットマーク２２０を用いて計測を行なうのが好適である。なお、図９には、基板上の１層目に形成されたドットマーク２２０のパターン２２３、及び、基板上の２層目に形成されたドットマーク２２０（ハッチングパターン）のパターン２２６とが重ね合わされた状態のパターン２２９を示している。
【００５６】
次に、ＸＹ２方向について同時に重ね合わせ計測を行なう場合の計測用マーク及び計測方法について説明する。
【００５７】
まず、Ｙ方向の重ね合わせ計測を行なう場合には、前述したＸ方向についての計測マーク及び計測方法に対して、これと直交する方向（Ｙ方向）が計測方向となるようなマーク及び方法を用いれば良い。すなわち、図５に示したマーク２１０を９０度回転させた図１０に示すようなマーク２３０を用い、上層にマーク２３０のパターンを形成する際には、下層のパターンに対してＹ方向にラインのピッチＰｙの１／２だけオフセットさせた位置にパターンを形成する。そして、上下層のパターンの各ラインの位置を検出し、例えばその平均から上下層の各パターンの位置を検出し、これに基づいてＹ方向の重ね合わせずれを計測する。
【００５８】
従って、ＸＹ２方向について同時に重ね合わせ計測を行なう場合には、図５に示すマーク２１０と図１０に示すマーク２３０とを備えた例えば図１１に示すようなマーク２４０を用いれば良い。
このようなマーク２４０を用いて重ね合わせ計測を行なう場合、図１２に示すように、まずマーク２４０が形成されたレチクルを用いて基板上の１層目（下層）を露光して、１層目にマーク２４０のパターン２４３を形成する。
次に、その基板上の２層目（上層）を同じレチクルを用いて露光して、２層目にもマーク２４０のパターン２４６を形成する。その際、上層にマーク２４０のパターンを形成する際には、下層に形成したパターン２４３に対して、ＸＹ２方向各々について、その方向に並ぶラインのピッチＰｘ及びＰｙ（図１１参照）の１／２のオフセットを与えて、すなわち、マーク１４０を斜め方向（図１２のｔ方向、例えば４５°方向）にずらして露光を行なう。
【００５９】
その結果、基板上には、図１２に示すようなパターン２４９が形成される。
露光装置１００のＦＩＡ系は、ＸＹ各計測方向ごとに、ラインが１本おきに別の層に形成された異なるパターンに属するラインであることを識別しつつ各ラインの位置を計測する。そして、各ラインの位置より上下層各々に形成されたパターン２４３及び２４６の位置を計測し、その差分を求めることで、重ねずれを計測する。
【００６０】
この際、図１２から明らかなように、上層及び下層に入れ子状に形成された各ラインは、上層と下層とで非計測方向（ラインの延伸方向）にもずれることとなる。従って、図１３に示すように、計測方向においてラインが重なっている領域を検出し、これを有効な計測領域Ａとする。すなわち、この領域のパターンから計測方向の１次元信号波形を作成し、各ラインの位置の検出を行なう。
【００６１】
有効な計測領域Ａを規定する非計測領域の長さγは、非計測方向の領域を１層目及び２層目のパターンでなるべく一致させるため、可能な限り大きくするのが望ましい。しかしながら、図１３に示すように計測領域Ａを設定した場合には、ライン２４４及び２４７の長さに対して計測領域の長さγは短くなる。そのために、予めラインの長さは、次式（４）で示される長さＬとしておくのが有効である。
Ｌ＞Ｐ＋γ  …（４）
但し、ピッチＰは、長さを規定するラインとは直交する方向に延伸するラインのピッチ（Ｘ方向に延伸するラインの長さを計算する場合にはＹ方向に延伸するラインのピッチＰｘ、Ｙ方向に延伸するラインの長さを計算する場合にはＸ方向に延伸するラインのピッチＰｙ（図１２参照））である。
【００６２】
なお、このようなパターン２４９において、１層目に形成されたのパターン２４３及び２層目に形成されたパターン２４９に対して別個に計測領域を設定できる場合には、図１４に示すように、各パターンに対応した計測領域を設定するようにすれば良い。すなわち、１層目のパターン２４３を計測する場合には、図９（Ａ）に示すように、パターン２４３に合わせた計測領域Ａ１を設定し、２層目のパターン２４６を計測する場合には、図９（Ｂ）に示すように、パターン２４６に合わせた計測領域Ａ２を設定すれば良い。
【００６３】
ＸＹ２方向の重ね合わせ計測を行なう場合の計測用マークの構成は、図１１に示したマークに限られるものではない。例えば、図１５に示すようなマーク２５０であっても良い。なお、図１５は、マーク２５０を斜め方向ｔにずらして２層目を重ね露光することにより基板上の１層目に形成されたマーク２５０のパターン２５３と、基板上の２層目に形成されたマーク２５０のパターン２５６とが重ね合わされたパターン２５９を示している。
【００６４】
なお、前述した重ね合わせ計測用マーク及び重ね合わせ計測方法の説明は、何れも露光装置１００のＦＩＡ系あるいはＬＳＡ系で行なうものとしたが、専用の重ね合わせ計測装置等の計測装置で行なう場合においても全く同様に適用可能である。
また、前述したように露光装置１００に適用する場合において、前述した説明においては、単にＦＩＡ系において重ね合わせ計測を行なうものとしたが、これは、実際にオーバーレイ精度（重ね合わせ精度）の計測を行なうことの他に、例えば、投影レンズのディストーション計測等を行なう場合等、実質的に重ね合わせ計測と等しい計測を行なう場合の種々の処理を含むものである。実際、前述した計測方法は、特に、ショット内の計測点数が多い場合のディストーション計測等に適用すれば、描画誤差を考慮しなくても良いので有効である。
【００６５】
また、前述した計測方法は、何れも、同一のレチクルを用いて２つの計測用パターンを形成するものとした。しかしながら、別のレチクルを使う場合でも、少なくともマークのデザイン（形状）が同じレチクルを用いれば、マーク形状に依存する誤差要因の影響は低減することができ、従来と比べて十分に高精度な計測が可能である。前述の各マーク及び各計測方法は、そのような場合にも適用可能である。
【００６６】
ところで、露光装置１００のＦＩＡ系において重ね合わせ計測を行なうためには、計測対象のマークをセンサの視野中心付近に配置するため、事前にウエハアライメントを行なうのが一般的である。しかし、前述したような露光を行なったウエハでは、一般的な形状のアライメントマークは重ね露光によって破壊されてしまい計測に使用できなくなる。これを解決するためには、重ね露光を行なった結果正常なアライメントマークと同様な形状となるマークを用いれば良い。
【００６７】
具体的には、例えば図１６にマーク形状及び１次元信号波形ＳＭＨ及びＳＭＶを示すようなマーク２６０を用いる。このマーク２６０が形成されたレチクルを用いて、基板上の１層目及び２層目にマーク２６０のパターンを形成する。この際、図１７に示すように、２層目のパターン２６６が１層目のパターン２６３に対してＸＹ２方向に各々所定の微小距離ずれるような相対的な位置関係で（２層目パターンを露光する際にマーク２６０をｔ方向にずらして）、各々パターンを形成する。その結果、基板上には、図１７に示すようなパターン２６９が形成される。
パターン２６９を露光装置１００のＦＩＡ系で観察してＸＹ各方向における１次元信号波形を検出すると、各々、図１７に示す波形ＳＰＨ及びＳＰＶのような波形が得られる。
【００６８】
ここで、図１８に、通常のアライメントマーク２７０及びそのアライメントマーク２７０から得られるＸＹ各方向における１次元信号波形ＳＡＨ及びＳＡＶを示す。
図１７と図１８とを比較して明らかなように、図１６に示すマーク２６０を前述したようにずらして基板上の１層目及び２層目に形成して得られたパターン２６９の信号波形ＳＰＨ及びＳＰＶと、図１８に示す通常のアライメントマーク２７０の信号波形ＳＡＨ及びＳＡＶとはほぼ等しい。従って、図１６に示すマーク２６０を前述したようにずらして基板上の１層目及び２層目に形成して得られたパターン２６９を、アライメントマークとして使用することができる。
【００６９】
本発明に係る重ね露光を行なう際に、アライメントマークが必要な場合には、このような方法によりアライメントマークを形成するようにしても良い。
なお、図１７に示すように形成されたパターン２６９も、ライン＆スペースマークとして重ね合わせ精度検出に使用可能である。
【００７０】
なお、ＦＩＡ系のような撮像式のセンサでは、アライメント光学系及び光電素子の倍率を精度良く求めておかないと正しい計測結果が得られない。
一方、ＬＳＡ系のようなセンサでは、測長干渉計を利用しているため容易に正しい計測結果を得ることができる。そこで、ＬＳＡ系とＦＩＡ系で各々重ね合わせ計測ができるようなウエハを形成し、両者の計測結果が一致するようにＦＩＡ系による計測結果を校正することが有効である。撮像式のセンサにおける倍率誤差やディストーションによる計測誤差は、視野内でのマーク位置が一定であればほとんど無視できる場合が多い。従って、ＦＩＡ系での計測結果にオフセットを加えて、ＬＳＡ系での計測結果に一致させることにより十分な精度が得られる。
【００７１】
また、ＬＳＡ系ではなく、外部の重ね合わせ計測装置に対して校正を行なうことも考えられる。その場合には、外部の計測装置でも計測可能なマークを配置し、ＬＳＡ系の場合と同様の校正を行なえば良い。その際には、例えば、図１９に示すようなＢａｒ−ｉｎ−Ｂａｒマーク２８９を基板上に形成するようにしても良い。
【００７２】
なお、本実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
【００７３】
例えば、本発明に係るマークの説明を行なうにあたって、前述した実施形態では何れも、複数本のラインからなるライン＆スペースのマークを例示した。しかしながら、ここで言う本数とは、計測領域において計測方向に現れる繰り返しパターンの数とも言うべき概念である。従って、例えば図２０（Ａ）に示すような矩形のマークであっても、図２０（Ｂ）に示すように計測領域Ａを設定することにより、４本のラインのマークとみなすことができる。このように、計測領域外のマークの形状は任意で良い。換言すれば、任意のマークのラインの部分を用いて本発明に係る方法を適用することができる。従って、本発明はマークの形状には何ら限定されるものではない。
【００７４】
また、前述した実施形態においては、基板上の２層に２つのパターンを形成し、その２つのパターンの重ね合わせ精度を検出していたが、これは２層に限られるものではない。例えば潜像パターンを形成して各種計測を行うためのレジストウエハを用いる場合には、第１パターンと第２パターンとを同じレイヤー上に形成するようにしても良い。あるいは基板上の３層以上に各々形成された３つ以上のパターンについて、相互にその重ね合わせ精度を検出するようにしてよい。
その場合、各層に例えば図５に例示したようなライン＆スペースマークを形成するとすると、例えばＮ層に形成されたＮ個のパターンのラインが順次計測方向に配置されることとなる。すなわち、１つの層に形成されている計測用マークのパターンの隣接する２本のラインの間には、Ｎ−１本の他の層に形成されたパターンのラインが配置されることとなる。その場合の計測用マークのラインのピッチは、前述した式（２）に層の数Ｎを考慮して、次式（１）のように規定することができる。すなわち、次式（１）で規定されるピッチＰ以上のピッチを有するライン＆スペースマークであれば、Ｎ個のパターンの重ね合わせ精度の計測を、前述した本実施形態の方法と同様に行なうことができる。
【００７５】
Ｐ≧（ｗ／２＋α）×２×Ｎ    …（１）
但し、ｗは、前記計測用パターンの前記ライン状パターンの線幅、
Ｐは、前記計測用パターンの前記ライン状パターンのピッチ、
Ｎは、積層する層の数、
αは、計測に用いるセンサの分解能に基づく所定の値、
である。
【００７６】
また、本発明の計測方法は、露光装置１００にのみ適用されるものではなく、専用の重ね合わせ計測装置や他の任意の検査装置や計測装置等に適用可能である。
また、その露光装置１００の構成も、図１〜図４に示した構成に限られるものではなく、任意の構成の露光装置で良い。ステップ・アンド・スキャン方式、ステップ・アンド・リピート方式又はプロキシミティ方式の露光装置（Ｘ線露光装置等）を始めとする各種方式の露光装置にも全く同様に適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示した露光装置の投影光学系の瞳上における光情報の分布を示す図である。
【図３】図３は、図１に示した露光装置のＬＳＡ系の受光素子の受光面を示す図である。
【図４】図４は、図１に示した露光装置のＦＩＡ系の指標板の断面図である。
【図５】図５は、重ね合わせ計測用マークの例を示す図である。
【図６】図６は、図５に示したマークの形状及び信号波形を示す図である。
【図７】図７は、図５に示したマークのパターンを基板上の２層にずらして形成した状態を示す図である。
【図８】図８は、図７に示したパターンの形状及び信号波形を示す図である。
【図９】図９は、ＬＳＡ系用の重ね合わせ計測用マークのパターンを基板上の２層にずらして形成した状態を示す図である。
【図１０】図１０は、Ｙ方向の重ね合わせ計測用マークの例を示す図である。
【図１１】図１１は、ＸＹ２方向の重ね合わせ計測用マークの例を示す図である。
【図１２】図１２は、図１１に示したマークのパターンを基板上の２層にずらして形成した状態を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示したパターンに対する計測領域を説明する第１の図である。
【図１４】図１４は、図１２に示したパターンに対する計測領域を説明する第２の図である。
【図１５】図１５は、ＸＹ２方向の重ね合わせ計測用マークの他の例を示す図である。
【図１６】図１６は、パターンを基板上の２層にずらして形成した場合にアライメントマークとなり得るマークの例の形状及び信号波形を示す図である。
【図１７】図１７は、図１６に示したマークのパターンを基板上の２層にずらして形成したパターンの形状及び信号波形を示す図である。
【図１８】図１８は、通常のアライメントマークの形状及び信号波形を示す図である。
【図１９】図１９は、外部の重ね合わせ計測装置と露光装置のＦＩＡ系で重ね合わせ計測ができるパターンの例を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明に係る重ね合わせ計測用マークの変形の説明をするための図である。
【符号の説明】
【００７８】
１００…露光装置
１…コンデンサレンズ                  ２…レチクルステー
３…ベース                            ４…駆動装置
５…ミラー                            ６…対物レンズ
７…マーク検出系                      ８…ウエハホルダー
９…ウエハステージ                  １０…基準マーク
１１…移動ミラー                      １２…レーザ干渉計
１３…ステージコントローラ            １４…駆動系
１５…主制御系                        １６…レーザ光源
１７…ビーム整形光学系                １８…ミラー
１９…レンズ系                        ２０，２３…ミラー
２１…ビームスプリッタ                ２２…対物レンズ
２４…受光素子                        ２５…ＬＳＡ演算ユニット
２６…ハロゲンランプ                  ２７…コンデンサレンズ
２８…光ファイバー                    ２９…フィルタ
３０…レンズ系                        ３１…ハーフミラー
３２、３８…ミラー                    ３３…対物レンズ
３４…プリズム（ミラー）              ３５…レンズ系
３６…指標板                          ３７，３９…リレー系
４０…イメージセンサ                  ４１…ＦＩＡ演算ユニット
２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２９０…マーク
２１１…ライン
２１２…スペース
２１３，２２３，２４３，２５３，２６３…基板上の１層目のパターン
２１４，２４４…基板上の１層目のパターンのライン部
２１６，２２６，２４６，２５６，２６６…基板上の２層目のパターン
２１７，２４７…基板上の２層目のパターンのライン部
２１９，２２９，２４９，２５９，２６９，２８９…マークを重ね露光しＴＡパターン
２２１…ドット列
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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